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Extraction and visualization of structural features of diseased cells using deep neural network

Publicly Offered Research

Project AreaMultidisciplinary computational anatomy and its application to highly intelligent diagnosis and therapy
Project/Area Number 17H05285
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

宮脇 陽一  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80373372)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords形態特徴 / グリア細胞 / 深層学習 / イメージング / 病態
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、前年度までの課題で得られた結果をもとにして、課題3であるグリア細胞の疾患変異性特徴量の可視化と応用に中心的に取り組んだ。この目標達成のために、以下の項目を実施した。
(1)グリア細胞の形状特徴量を用いた疾患状態予測と疾患変異性特徴量の同定:グリア細胞画像から抽出した特徴量のうち、どの特徴量が疾患時に大きな影響を受けるのかをスパースモデリングの手法を用いて解析し、ごく一部の特徴量からも疾患状態が予測可能であることを確認した。
(2)疾患変異性特徴量の可視化:(1)の方法で同定された特徴量に対応する画像部分がどこであるかを可視化し、形態変異に関与している細胞部位を解釈可能にすることを試みた。結果、疾患予測に重要な特徴量が局在する空間位置を、細胞画像に重ね書きして可視化する技術の開発に成功した。
(3)空間特異性の解析:疾患によって強い変化をうける特徴量がどこに局在しているかを解析した。細胞体近辺あるいはその周辺部に局在している場合などが見受けられたが、現時点では体系的に統一した傾向は見られていない。
以上の結果より、当初の研究目的であったグリア細胞の形態特徴と病態との連関を示すことに成功し、またその関係性を細胞画像上で可視化する技術の開発に成功したといえる。その一方で、細胞形態変化の特異性に統一的な解釈を与えるには至っていない。こうしたばらつきは、例えば血管との距離や皮質表面からの深さなど、細胞が位置する情報などとの関連を付加的に解析することにより吸収できる可能性もあると考えている。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 7 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 韓国脳研究所(韓国)

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Journal Article] Optical imaging and modulation of neurovascular responses2018

    • Author(s)
      Kazuto Masamoto, Alberto Vazquez
    • Journal Title

      Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism

      Volume: 38 Issue: 12 Pages: 2057-2072

    • DOI

      10.1177/0271678x18803372

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ヒト脳活動の非侵襲的計測と神経情報表現の研究2018

    • Author(s)
      宮脇陽一
    • Organizer
      静岡大学川人研究室セミナー
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Deep Convolutional Neural Networkを用いた低酸素順応下におけるアストロサイト形態の経時変化の解析2018

    • Author(s)
      西野智博、田中 草介、新タ雅啓、須貸拓馬、正本和人、宮脇陽一
    • Organizer
      第22回酸素ダイナミクス研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 低酸素による脳血管のリモデリング:毛細血管の3次元ネットワークの可視化と定量化2018

    • Author(s)
      正本和人
    • Organizer
      日本生体医工学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 脳微小循環の4Dイメージング2018

    • Author(s)
      正本和人
    • Organizer
      日本脳神経外科学会第77回学術集会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Quantification of microscopic 3D cell structures in in vivo animal brains2018

    • Author(s)
      Kazuto Masamoto
    • Organizer
      JUFBI 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stability and plasticity of the neurovascular unit2018

    • Author(s)
      Kazuto Masamoto
    • Organizer
      Korean Brain Research Institute
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 非侵襲脳活動計測を用いた神経情報表現の研究2018

    • Author(s)
      宮脇陽一
    • Organizer
      日本学術振興会先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会平成30年度第1回研究会「生体情報計測:ウェアラブル・脳計測技術の最近の展開」
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 機械学習を用いた脳機能画像解析と細胞形態解析への応用2018

    • Author(s)
      宮脇陽一
    • Organizer
      Neurovascular Unit研究会2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 神経情報の復号化を用いたヒト脳内における視知覚表象の解明2017

    • Author(s)
      宮脇陽一
    • Organizer
      第5回MEET Young Cardiologists
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Analysis of astrocyte morphology during hypoxia adaptation using higher-order image features extracted by deep convolutional neural network2017

    • Author(s)
      Sosuke Tanaka, Tomohiro Nishino, Masahito Nitta, Takuma Sugashi, Kazuto Masamoto, Yoichi miyawaki
    • Organizer
      Society for Neuroscience 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 脳虚血後のグリア細胞の形状変化に関する in vivo 長期解析2017

    • Author(s)
      渡部真子, 須貸拓馬, 蜂谷亮太, 安部貴人, 畝川美悠紀, 鳥海春樹, 冨田 裕, 鈴木則宏, 田桑弘之, 菅野 巖, 正本和人
    • Organizer
      日本機械学会 第30回バイオエンジニアリング講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Book] 脳卒中病態学のススメ(下畑享良 編)、9章 急性期脳梗塞モデル 4. 評価の方法(顕微鏡画像)2018

    • Author(s)
      正本和人
    • Total Pages
      354
    • Publisher
      南山堂
    • ISBN
      4525248513
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] MIYAWAKI LAB.

    • URL

      http://www.cns.mi.uec.ac.jp/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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